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| La pieza central del experimento: - el microresonador óptico realiza la caja de fotones. Foto: Volker Lannert/ Universidad de Bonn |
A diferencia de los líquidos, los gases son bastante fáciles de comprimir.
Están formados por átomos o moléculas que se arremolinan más o menos
rápidamente en el espacio.
Los gases son similares a la luz, con
fotones como pequeños bloques de construcción. Estos fotones se comportan como
partículas que pueden ser tratadas como gas. Sin embargo, los científicos de
la Universidad de Bonn han creado uno que se comporta de forma algo
inusual.
Los científicos han creado un gas de partículas de luz que
puede ser altamente comprimido. Los resultados del estudio confirman las
predicciones de las teorías centrales de la
física cuántica. Los hallazgos también podrían apuntar a nuevos tipos de sensores capaces de
medir fuerzas diminutas.
Para ello, los científicos almacenaron
partículas de luz en una diminuta caja hecha de espejos. Al poner más fotones
se obtiene un gas más denso.
Una regla sencilla: Cuanto más denso
es un gas, más difícil es comprimirlo. El mismo caso se aplica también a la
bomba de aire taponada: al principio, el pistón se puede empujar hacia abajo
con mucha facilidad, pero llega un momento en que apenas se puede mover más,
incluso aplicando mucha fuerza. Los experimentos de los científicos en la
etapa inicial fueron similares.
Sin embargo, este comportamiento
cambió en un momento dado: Una vez que el gas fotónico superaba una
determinada densidad, podía comprimirse de repente sin resistencia.
El
Dr. Julian Schmitt, del IAP, dijo: "Este efecto es el resultado de las reglas
de la mecánica cuántica. Materia y Luz para la Computación Cuántica" y jefe de
proyecto en el Centro de Investigación Colaborativa Transregio 185. La razón:
Las partículas de luz presentan una "borrosidad", es decir, su ubicación es
algo borrosa en términos sencillos. Cuando se acercan mucho entre sí a altas
densidades, los fotones empiezan a solaparse. Los físicos hablan entonces
también de una "degeneración cuántica" del gas. Y resulta mucho más fácil
comprimir un gas cuántico tan degenerado".
El fuerte solapamiento hace que las partículas de luz
formen un condensado de Bose-Einstein. Este condensado se forma sólo cuando
las "islas de orden" se forman justo antes de la formación y crece. Para ello
se necesita una gran cantidad de fotones en una caja extendida.
Schmitt
dijo: "Hemos demostrado esta relación en nuestros experimentos".
Los
científicos utilizaron un baño de calor para crear un gas con un número
variable de partículas y temperaturas bien definidas.
Schmitt dijo:
"Insertamos moléculas en la caja del espejo que pueden absorber el fotón.
Posteriormente, emiten nuevos fotones que, por término medio, poseen la
temperatura de las moléculas; en nuestro caso, algo menos de 300 Kelvin, que
es aproximadamente la temperatura ambiente".
Erik Busley, primer
autor de la publicación, dijo: "Capturamos los fotones en una caja de espejo
de fondo plano que creamos mediante un método de microestructuración. Esto nos
permitió crear por primera vez un gas cuántico homogéneo de fotones".
Fuentes, créditos y referencias:
Erik Bisley et al., Compressibility and the equation of state of an optical quantum gas in a box, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abm2543
Fuente:
Universidad de Bonn